KR101134884B1 - 세정 모듈들 사이에서 반도체 기판의 수직 이송 방법 및장치 - Google Patents

세정 모듈들 사이에서 반도체 기판의 수직 이송 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

기판 핸들러는 제1 이동축을 따라 위치설정가능한 캐리지, 상기 캐리지와 결합되며 상기 제1 이동축과 실질적으로 직교하게 배향된 제2 축을 따라 상기 캐리지에 대해 위치설정가능한 제1 기판 그립퍼, 및 상기 캐리지에 결합되며 상기 제2 이동축에 대해 위치설정가능한 제2 기판 그립퍼를 포함하며, 상기 제2 그립퍼는 상기 제1 그립퍼에 대해 독립적으로 이동가능하다.

Description

세정 모듈들 사이에서 반도체 기판의 수직 이송 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR VERTICAL TRANSFER OF SEMICONDUCTOR SUBSTRATES BETWEEN CLEANING MODULES}
본 발명의 실시예는 일반적으로 반도체 기판을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현대의 반도체 집적회로(IC) 제조 프로세스에서는, 앞서 형성된 층들 및 구조물들 위에 다양한 재료층을 증착할 필요가 있다. 그러나 이전의 형성은 순차적인 재료층의 증착에 적합하지 않은 상부 표면 토포그래피(topography)를 남기게 된다. 예를 들어, 작은 기하학구조를 갖는 포토리소그래피 패턴을 미리 형성된 층들 위에 경우, 매우 얕은 깊이의 포커스가 요구된다. 따라서, 평탄 및 평면형 표면을 갖는 것이 필수적인 것이 되고 있고, 그렇지 않으면 패턴의 일부는 포커싱되고 나머지는 포커싱되지 않게 된다. 또한, 불규칙한 부분이 소정의 프로세싱 단계들 이전에 평탄화되지 않는다면, 기판 표면의 형태(topography)는 보다 더 불규칙해져서, 추가의 프로세싱 동안 층들이 적층됨에 따라 또 다른 문제를 야기시킬 것이다. 수반되는 기하학적 구조 및 다이 유형에 따라, 표면 불규칙성은 수율 저하 및 장치 성능 저하를 야기시킬 수 있다. 결과적으로, IC 제조 동안 막에 대해 소정 형태의 평탄화 또는 연마를 달성하는 것이 바람직하다.
반도체 기판 평탄화를 달성하기 위한 방법 중 하나로는 화학적 기계적 연마(CMP)가 있다. 일반적으로, CMP는 연마 재료에 대해 반도체 기판의 상대적 이동을 수반하여 기판으로부터 표면 불규칙성을 제거시킬 수 있다. 연마 재료는 통상적으로 연마제(abrasive) 또는 화학제중 적어도 하나를 함유하는 연마 유체에 침지된다(wetted).
일단 연마되면, 반도체 기판은 연마 이후 기판에 부착된 연마 입자 및/또는 다른 오염물을 제거하는 일련의 세정 모듈들로 이송된다. 세정 모듈은 남아있는 연마 재료가 기판 상에서 경화되어 결함을 형성하기 이전에 상기 남아있는 연마 재료를 모두 제거해야 한다. 예를 들어, 이러한 세정 모듈은 메가소닉 클리너, 스크러버 또는 스크러버들 및 드라이어를 포함할 수 있다. 수직 배향으로 기판을 지지하는 세정 모듈은 세정 프로세스 동안 입자 제거를 강화시키기 위해 중력도 이용하며 또한, 통상적으로 매우 콤팩트하므로 특히 바람직하다.
현재의 CMP 시스템은 강건하며 신뢰성있는 시스템인 것으로 도시되었지만, 시스템 장비의 구성은 정밀한 불변의 프로세스 시퀀스로 기판이 세정될 것을 요구한다. 특히, 다양한 세정 모듈들 사이에서 반도체 기판을 이송하는 소정의 기판 핸들러의 설계는, 세정 시스템이 단일의 프로세스 시퀀스로부터 이탈되는 것을 방지하는데, 이는 소정의 핸들러가 정밀하게 이격되고 일제히 제어되는 다수의 이송 장치를 특징으로 하기 때문이다.
이러한 기판 핸들러의 동작은 세정 시스템(1)에 있는 종래 기술의 기판 핸들러(3)를 나타내는 도 1을 참조로 가장 잘 이해될 수 있다. 핸들러(3)는 일련의 세정 모듈(n0 내지 ni+1) 위에 위치되며, 여기서 n은 양의 정수이다. 통상적으로 핸들러(3)는 수평 트랙(4), 상기 트랙(4) 상에 장착된 슬라이딩 캐리지(2) 및 기판을 그립핑하기 위한 다수의 그립핑(gripping) 장치(6A-C)(하기에서는 전체적으로 "6"으로 칭함)를 포함한다. 캐리지(2) 상에 있는 다수의 수직 트랙(10A-10C)(하기에서는 전체적으로 "10"으로 칭함)은 다수의 그립핑 장치(6)에 결합되며 캐리지(2)에 대해 수직으로 이동가능한 수평 레일(8)을 지지한다. 레일(8)이 세정 모듈을 향해 수직으로 하강함에 따라, 다수의 그립핑 장치(6) 각각은 개개의 세정 모듈로 하강하며, 그립핑 장치(6)는 모듈로부터 기판을 제거한다. 다음 레일(8)이 수직으로 상승되어, 그립핑 장치(6)가 상승되며, 각각의 그립핑 장치(6)가 바로 인접한 세정 모듈 위에 위치되도록 캐리지(2)가 수평으로 이동한다. 다음 각각의 그립핑 장치(6)는 바로 인접한 세정 모듈내에 기판을 위치시킨다. 이러한 시퀀스가 수차례 반복되어, 각각의 기판이 세정 시퀀스의 각각의 모듈내에서 순차적으로 처리될 수 있다.
도시된 것처럼, 이러한 시퀀스는 각각의 세정 모듈 내에 있는 기판 지지체 및 기판 핸들러가 손상없이 기판을 부드럽게 이송하도록 구성될 수 있게 각각의 부품의 상대적 위치의 정확한 교정을 필요로 한다. 예를 들어, 그립핑 장치(6)는 레일(8)의 길이를 따라 동일 간격(d1)으로 이격되게 위치되어야 한다. 또한, 간격(d1)은 세정 모듈내에서의 기판 지지체(12A-C)(하기에서는 전체 "12"로 칭함) 각각의 세트 사이에서의 간격(d2)과 동일해야 한다. 또한, 모든 세트의 기판 지지체(12)는 언제든지 레일(8)로부터 동일한 수직 간격(d3)으로 위치되어야 한다. 따라서, 그립핑 장치(6)는 세정 모듈에서 기판을 추출하거나 증착하기 위해 동시적으로 동일한 수직 간격(d3)으로 이동한 다음 세정 모듈로 동일한 수평 간격(d2)으로 이동하도록 교정된다. 결과적으로, 하나의 기판 배치(batch)로부터 다른 기판 배치로의 세정 프로세스 시퀀스 변경은, 상기 변화가 단지 하나의 세정 모듈에만 영향을 미치더라도, 상당 부분의 시스템의 재구성을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 모든 기판은 바로 인접한 모듈로 순차적으로 이송되어야 하기 때문에, 필요한 경우에도 세정 모듈을 건너뛰기는 어렵다. 또한, 다수의 그립핑 장치(6) 각각은 각각의 기판 지지체(12)로부터 고정된 간격(d3)에 있기 때문에, 모듈에 따른 교정은 세정 시퀀스 동안 기판을 정확하게 이송하기 위해 매우 엄격해야 한다. 이는 각각의 장비에 대해 정확하고 시간소모적인 조절을 요구하게 되며, 이러한 조절은 그립핑 장치 또는 세정 모듈이 교체될 때마다 반복되어야 한다.
따라서, 다양한 프로세스 시퀀스에 대해 쉽게 구성가능한 자동화 세정 시스템에서의 사용을 위한 다용도 기판 핸들러가 요구되고 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 제1 이동축을 따라 위치설정가능한 캐리지, 상기 캐리지에 결합되며 상기 제1 이동축과 실질적으로 직각으로 배향된 제2 이동축을 따라 상기 캐리지에 대해 위치설정가능한 제1 기판 그립퍼, 상기 캐리지에 결합되며 상기 제2 이동축과 실질적으로 평행하게 배향된 제3 이동축을 따라 상기 캐리지에 대해 위치설정가능한 제2 기판 그립퍼를 포함하는 기판 핸들러를 제공하며, 상기 제2 그립퍼는 상기 제1 그립퍼에 대해 독립적으로 이동가능하다.
이런 방식으로 본 발명의 상기 개시된 실시예는 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조로 하기의 본 발명의 보다 상세한 설명을 통해 명확히 이해될 수 있다. 그러나 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시하는 것으로, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명은 등가의 다른 효과적인 실시예를 허용한다.
도 1은 종래 기술의 기판 핸들러를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예를 구현하는 반도체 기판 연마 및 세정 시스템의 상부도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 핸들러의 개략도,
도 4는 도 3에 도시된 실시예에 따른 기판 핸들러 후면의 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 그립핑 조립체의 개략도,
도 6A-F는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 핸들러의 동작의 간략화된 개략도,
도 7은 또 다른 기판 그립핑 조립체의 개략도,
도 8은 도 7의 또 다른 기판 그립핑 조립체의 단부 이펙터의 일 실시예의 개략도,
도 9는 도 7의 또 다른 기판 그립핑 조립체의 단부 이펙터의 제2 실시예의 개략도,
도 10은 도 7의 또 다른 기판 그립핑 조립체의 단부 이펙터의 제3 실시예의 개략도.
이해를 돕기 위해 도면에서 공통되는 동일한 부재를 나타내는데 가능한 동일한 도면부호를 사용하였다.
도 2는 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템(100)의 상부도이다. 시스템(100)은 팩토리 인터페이스(102), 폴리셔(polisher)(112), 및 본 발명의 기판 핸들러(200)를 가지는 클리너(110)를 포함한다.
팩토리 인터페이스(102)는 연마되도록 대기하는 기판들 뿐만 아니라 연마된 기판들을 저정한다. 팩토리 인터페이스(102)는 각각 기판 저장 카세트(104A-D)(하기에서는 전체적으로 "104"로 칭함)를 수용하는 다수의 베이(bay), 및 폴리셔(112)와 카세트(104) 열(row) 및 클리너(110)에 평행한 트랙(108)을 따라 위치가능한 적어도 하나의 로봇(106)을 포함한다. 로봇(106)은 카세트(104)로부터 클리너(110)에 배치된 입력 모듈(116)로 연마될 기판을 이송하고, 클리너(110)로부터 카세트(104)로 다시 세정된 기판을 복귀시키도록 구성된다. 본 발명에 유용하게 적용될 수 있는 팩토리 인터페이스의 일 실시예는 본 명세서에서 참조되는, 2002년 7월 2일자로 발행된 미국 특허 No. 6,413,356호에 개시되어 있다. 적절한 팩토리 인터페이스는 캘리포니아, 산타클라라에 위치한 Applied Materials, Inc. 로부터 구입가능하다.
폴리셔(112)는 기판 캐리어(122)에 의해 입력 모듈(116)로부터 폴리셔(112)로 이송된 기판을 평탄화시킨다. 본 명세서에서 유용한 폴리셔중 하나는 Applied Materials, Inc.로부터 구입가능한 REFLEXION
Figure 112011055197003-pct00001
화학적 기계적 연마 시스템이다. 또 다른 폴리셔는 본 명세서에서 참조되며 2001년 6월 12일자로 발행된 미국 특허 No. 6,244,935호에 개시되어 있다. 일 실시예에서, 폴리셔(112)는 다수의 연마 스테이션(117), 이송 스테이션(121), 및 회전식 캐로셀(carousel)(119)을 포함한다. 이송 스테이션(121)은 기판 캐리어(122)로부터 기판을 수용하고 캐로셀(119)의 암에 결합된 다수의 연마 헤드(미도시)중 하나로 기판을 이송한다. 캐로셀(119)은 연마 스테이션(117) 위에서 지지되며 프로세싱을 위해 연마 스테이션(117) 사이에서 기판을 인덱싱한다. 통상적으로, 각각의 연마 스테이션(117)은 기판을 처리하는 연마 재료를 지지하는 회전식 플래튼(113)을 포함한다. 연마 재료는 고정-연마제 연마 패드의 웨브(web) 또는 통상적인 폼(foam) 패드일 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 회전식 플래튼(113)은 직사각형 형상이며 고정된 연마용 연마 재료의 웨브를 지지한다. 기판은 플래튼(113) 상의 연마 패드에 대해 유지되며 기판과 플래튼(113) 사이의 상대적 운동이 기판의 표면 불규칙성을 제거하여, 또 다른 프로세싱을 위해 기판이 평탄화된다. 연마 후에, 기판은 캐로셀(119)로부터 이송 스테이션(121)으로 복귀되며, 기판은 기판 캐리어(122)에 의해 클리너(110)로 이동된다.
클리너(110)는 연마 이후 남아있는 연마된 기판으로부터의 연마 찌꺼기 및/ 또는 연마 유체를 제거한다. 본 발명에 유용한 클리너 중 하나는 본 명세서에 참조되며, 2002년 11월 1일 출원된 미국 특허 출원 번호 No. 10/286,404호에 개시되어 있다. 일 실시예에서, 클리너(100)는 다수의 단일 기판 세정 모듈(114A-D)(이하 전체적으로 "114"로 칭함), 및 입력 모듈(116), 출력 모듈(118) 및 다수의 모듈(114, 116, 118) 위에 배치된 기판 핸들러(200)를 포함한다. 입력 모듈(116)은 팩토리 인터페이스(102), 클리너(110), 및 폴리셔(112) 사이에서 이송 스테이션으로서의 역할을 한다. 출력 모듈(118)은 클리너(110)와 팩토리 인터페이스(102) 사이에서 기판 이송을 용이하게 한다. 기판은 세정 동안 기판 핸들러(200)에 의해 다수의 모듈(114, 116, 118)을 통해 인덱싱된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 클리너(110)는 4개의 세정 모듈(114)을 포함한다; 그러나 본 발명은 임의의 개수의 모듈이 통합되는 세정 시스템을 사용할 수도 있다. 각각의 모듈(114, 116, 118)은 수직으로 배향된 기판을 지지한다. 예를 들어, 세정 모듈(114)은 메가소닉 클리너(114A), 제1 스크러버(114B), 제2 스크러버(114C), 및 스핀-린스-드라이어(spin-rinse-dryer)(114D)를 포함할 수 있으나, 다른 구성이 고안될 수도 있다.
동작시, 시스템(100)은 로봇(106)에 의해 카세트(104) 중 하나의 카세트로부터 입력 모듈(116)로 기판이 이송됨으로써 작동을 시작한다. 다음 기판 캐리어(122)는 입력 모듈(116)로부터 기판을 제거하여 폴리셔(112)로 이송시키며, 여기서 기판은 수평으로 배향되어 연마된다. 일단 기판이 연마되면, 기판 캐리어(122)는 폴리셔(112)로부터 기판을 추출하여 수직 배향으로 입력 모듈(116)에 기판을 위치시킨다. 기판 핸들러(200)는 입력 모듈(116)로부터 기판을 잡아 클리너(110)의 적어도 하나의 모듈(114)을 통해 기판을 인덱싱한다. 각각의 모듈(114)은 프로세싱 동안 수직 배향으로 기판을 지지한다. 일단 세정되면, 핸들러(200)는 출력 모듈(118)로 기판을 이송시키고, 출력 모듈에서 기판은 수평 배향으로 플립되어(flipped) 로봇(106)에 의해 카세트(104) 중 하나로 복귀된다.
도 3-5에는 반도체 기판 핸들러(200)가 도시된다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 기판 핸들러(200)의 개략도를 나타낸다. 기판 핸들러(200)는 수평 빔 또는 트랙(202), 캐리지(203)(도 4에 도시됨), 장착 플레이트(204), 및 적어도 2개의 기판 그립핑 조립체(212A-B)(하기에서는 전체적으로 "212"로 칭함)를 포함한다. 캐리지(203)(기판 핸들러(200)의 후방 사시도를 도시하는 도 4에 도시됨)는 트랙(202)상에 장착되며 액추에이터(207)(도 4에 도시됨)에 의해 트랙(202)이 한정하는 제1 이동축(A1)(도 3에 도시됨)을 따라 수평으로 구동된다. 액추에이터(207)는 캐리지(203)에 부착된 드라이브 너트(미도시)를 이동시키는 리드 나사와 결합되는 모터(205)를 포함한다. 드라이브 너트가 회전하는 리드 나사에 의해 측방으로 가압됨에 따라, 캐리지(203)는 트랙(202)을 따라 이동한다. 대안적으로, 액추에이터(207)는 트랙(202)을 따라 캐리지(203)의 위치를 제어하기 위한 임의의 형태의 선형 액추에이터일 수 있다. 일 실시예에서, 캐리지(203)는 일본, 도쿄에 위치한 THK Co., Ltd.로부터 구입가능한 GL15B 선형 액추에이터와 같이, 벨트 드라이브를 가지는 선형 액추에이터에 의해 구동된다.
캐리지(203)는 장착 플레이트(204)에 결합된다. 장착 플레이트(204)는 각각 제1 축(A1)에 직교하게 배향된 제2 및 제3 이동축(A2, A3)을 따라 구동되는 2개의 독립적으로 제어되는 기판 그립핑 조립체(212A-B)가 따라서 이동하는 적어도 2개의 평행한 트랙(208A-B)을 포함한다.
기판 그립핑 조립체(212A)의 일 실시예가 도 5에 추가로 도시된다. 기판 그립핑 조립체(212B)도 유사하게 구성된다. 그립핑 조립체(212A)는 기판 그립핑 장치(206) 및 액추에이터(209)를 포함한다. 액추에이터(209)는 리드 나사 또는 솔레노이드(예를 들어, 랙 및 피니언(pinion)과 같은 다른 형태의 액추에이터가 사용될 수도 있다)일 수 있으며 제2 이동축(A2)에 의해 규정된 방향으로 트랙(208A)을 따라 수직으로 그립핑 장치(206)를 구동시킨다. 일 실시예에서, 액추에이터(209)는 THK Co., Ltd.에서 구입가능한 리드 나사 슬라이드 조립체이다. 그립핑 장치(206)는 수직 위치로 배향된 기판의 외부 에지를 그립핑하도록 구성된다(도 3). 선택적으로, 그립핑 장치(206)는 정전기 척, 진공 척, 에지 클램프 또는 다른 기판 그립핑 장치를 가지는 로봇식 단부 이펙터일 수 있다.
다시 도 3을 참조로, 핸들러(200)는 클리너(110)에 대해 적어도 3개의 축: 하나의 수평축(트랙(202)을 따르는 x축, 제1 축(A1)참조) 및 적어도 2개의 수직축(적어도 2개의 독립적으로 제어가능한 그립핑 장치(206) 각각에 대한 y축, 제2 및 제3 축(A2, A3) 참조)을 이용할 수 있다. 또한, 각각의 그립핑 장치(206)는 축(A1-A3)에 직교하는, 기판을 그립핑하는 평면을 따르는 추가적인 운동축(A4, A5)(기판 외주와 동일 평면인 z 축)을 포함한다.
본 발명의 기판 핸들러(200)의 장점은 그립핑 장치(206)가 서로 독립적으로 이동가능하여, 클리너 내에서 프로세스 시퀀스가 변형될 수 있다는 것이다. 또한, 하나의 암(204) 상에 있는 2개의 그립핑 장치(206)는 하나의 세정 모듈에서 또 다른 모듈에서의 프로세스 또는 동작에 영향을 미치지 않고 기판 교체를 수행할 수 있다.
본 발명의 사용에 특히 적합한 선택적인 기판 그립핑 조립체(700)의 일 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 기판 그립핑 조립체(700)는 클램프 또는 (진공 또는 정전기 척 등과 같은) 다른 척킹 장치의 사용없이 (점선으로 도시된) 수직으로 배향된 기판을 보유하도록 설계된다. 그립핑 조립체(700)는 두개의 단부 이펙터(704A, 704B)(하기에서는 전체적으로 "704"로 칭함)를 가지는 일반적으로 U자 형상의 블레이드(702)를 특징으로 한다.
단부 이펙터(704A)의 일 실시예가 도 8에 상세히 도시되어 있으며, 단부 이펙터(704B)는 단부 이펙터(704A)의 거울 이미지로 구성된다. 단부 이펙터(704A)는 하부 단부(712) 및 블레이드(702)의 "U"자 형상에 의해 모아지는 암(710)을 포함한다. 하부 단부(712)는 블레이드(702)의 "U"자 형상의 중심부를 향해 안쪽으로 연장되는 제1 플랜지(701)와 제1 플랜지(701)로부터 실질적으로 평행하게 이격되는 제2 플랜지(703)를 특징으로 한다. 제2 플랜지(703)는 제2 플랜지(703)로부터 안쪽으로 (즉, 블레이드(702)의 "U"자 형상의 중심부를 향해) 연장되는 암(710) 부근에 실질적으로 평탄한 숄더(706)를 더 포함한다. 제1 및 제2 플랜지(701, 703)는 상기 플랜지(701, 703)에 실질적으로 직교하는 기판 지지체(705)에 의해 접속된다. 플랜지(701, 703)는 기판 지지체(705)와 함께 단부 이펙터(704A)의 하부 단부(712)에 얕은 "U"자형 그루브, 또는 기판 수용 포켓(708)을 형성한다.
동작시, 블레이드(702)는 기판을 포착하기 위한 2개의 축, 즉, 기판을 포착하기 위해 기판 평면에 수직인 축(즉, x 축), 하부로부터 기판을 포착하여 위로 상승시키기 위한 기판 평면에 평행한 수직 축(즉, y축)을 따라 이동한다. 즉, 블레이드(702)는 기판을 향해 하향 수직으로 이동하여 기판 뒤에 위치하여 약간 아래에서 정지된다. 다음 블레이드(702)는 기판의 후면이 블레이드(702)와 접촉될 때까지 그 앞에 있는 기판을 향해 수평하게 전진 이동한다. 마지막으로, 블레이드(702)는 단부 이펙터(704)의 기판 수용 포켓(708)에서 기판을 포착하기 위해 수직으로 상향 이동한다. 기판은 플랜지(701, 703)에 의해 각각의 측면상에서 지지되며, 기판 지지체(705)에 의해 아래로부터 지지된다. 제2 플랜지(703)로부터 연장되는 숄더(706)는 포착된 기판이 블레이드(702) 상에서 x 방향으로 (예를 들어, 하나의 세정 모듈로부터 다음 세정 모듈로) 이동할 때, 추가의 지지 수단을 제공한다. 또한, 이는 기판 지지체(705)로부터 측정할 때, 제1 플랜지(701)와 비교해서 제2 플랜지(703)가 더 긴 길이를 가진다는 점에 의해 용이해진다. 플랜지(701, 703)는 기판이 전방 또는 후방으로 편향되지 않도록 함으로써 포켓(708) 내에 고정되게 기판을 유지시키는 것을 보조한다. 이러한 방식에서는, 중력으로 인해서 단부 이펙터(704)상의 포켓(708)이 기판을 안전하게 포착할 수 있게 된다. 따라서, 기판은 기계적인 액추에이터 또는 척킹 장치보다는 중력을 사용하여 그립핑되어 기판 위치에 고정될 수 있다. 대안적으로, 기판 그립핑 조립체(700)의 이동은 블레이드(702)의 운동을 개별적인 단계로 제한하기보다는 블레이드가 2개의 축에서 동시에 이동하도록 최적화될 수 있다.
도 9는 단부 이펙터(904A)의 제2 실시예를 나타낸다. 단부 이펙터(904A)는 블레이드(702)의 "U"자 형상에 의해 모아지는 암(910) 및 하부 단부(912)를 포함한다. 하부 단부(912)는 블레이드(702)의 "U"자 형상의 중심부를 향해 안쪽으로 연장되는 제1 플랜지(901)와 상기 제1 플랜지(901)로부터 실질적으로 평행하게 이격된 제2 플랜지(903)를 특징으로 한다. 제2 플랜지(903)는 제2 플랜지(903)로부터 안쪽으로 (즉, 블레이드(702)의 "U"자 형상의 중심부를 향해) 연장되는 암(910) 부근에 실질적으로 평탄한 숄더(906)를 더 포함한다. 제1 및 제2 플랜지(901, 903)는 기판이 플랜지(901, 903) 사이를 수직으로 통과하는 것을 방지하는 거리까지 단부 이펙터(904A)의 내부 표면(914)으로부터 안쪽으로 연장되는 범프(bump) 또는 돌출부를 포함하는 기판 지지체(905)에 의해 접속된다. 기판 지지체(905)와 함께 플랜지(901, 903)는 단부 이펙터(904A)의 하부 단부(912)에 얕은 U자형 그루브, 또는 기판 수용 포켓(908)을 형성한다.
단부 이펙터(1004A)의 제3 실시예가 도 10에 도시된다. 단부 이펙터(1004A)는 블레이드(702)의 "U"자 형상에 의해 모아지는 암(1010) 및 하부 단부(1012)를 포함한다. 하부 단부(1012)는 블레이드(702)의 "U"자 형상의 중심부를 향해 안쪽으로 연장되는 제1 플랜지(1001) 및 제1 플랜지(1001)로부터 실질적으로 평행하게 이격되는 제2 플랜지(1003)를 특징으로 한다. 제2 플랜지(1003)는 제2 플랜지(1003)로부터 안쪽으로 (즉, 블레이드(702)의 "U"자 형상의 중심부를 향해) 연장되는 암(1010) 부근에 실질적으로 평탄한 숄더(1006)를 더 포함한다. 제1 및 제2 플랜지(1001, 1003)는 단부 이펙터(1004A)의 내부 표면(1014)에 대해 경사진 실질적으로 평탄한 표면을 포함하는 기판 지지체(1005)에 의해 접속된다. 기판 지지체(1005)와 함께 플랜지(1001 1003)는 단부 이펙터(1004A)의 하부 단부에 얕은 U자형 그루브, 또는 기판 수용 포켓(1008)을 형성한다. 포켓(1008)은 깊이가 점차적으로 테이퍼져, 단부 이펙터(1004A) 상의 기판 지지체(1005)로부터 미러 이미지 단부 이펙터 상에 있는 동일한 기판 지지체까지의 간격(즉, 기판 지지체로부터 기판 지지체까지 블레이드(702)를 가로지른 간격)은 단부 이펙터(1004)에 의해 지지될 기판 직경보다 작게 된다. 따라서, 경사진 기판 지지체(1005) 사이의 짧은 간격은 기판이 플랜지(1001, 1003)를 수직으로 통과하는 것을 방지한다.
다시 도 8을 참조로, 센서(715)가 단부 이펙터(704)상의 기판 존재를 검출하기 위해 선택적으로 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 센서는 광섬유 센서이며 단부 이펙터(704)의 대향 면상에서 센서(715) 및 수신기가 서로 오프셋되어 위치설정된다. 예를 들어, 제2 플랜지(703)의 제1 면(714)(즉, 포켓(708)을 향해 면하고 있는) 상에 센서(715)가 위치된다. 수신기(미도시)는, 예를 들어, 포켓(708)을 가로질러 제1 플랜지(701)의 대향 표면(717) 상에 위치된다. 센서(715)로부터 수신기로 포켓(708)을 거쳐 광 빔이 통과한다. 따라서, 광이 수신기로 전송되었다면, 이는 단부 이펙터(704)상에 센서(715)를 차단시키는 기판이 없다는 것을 의미한다. 대안적으로, 기판이 단부 이펙터(704) 상에 존재하는 경우, 센서(715)로부터 수신기로 광이 차단되어 기판 존재가 확인될 수 있다. 근접 또는 제한 스위치와 같은 또 다른 형태의 센서가 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다. 그러나, 어떤 종류의 센서를 사용하는 것이 가장 유리한가를 결정하는데 있어서는 장비의 통합의 비용 및 복잡성이 고려될 것이다.
클리너와 관련하여 본 발명에 따른 기판 핸들러의 동작은 클리너(110)를 통한 기판 이송 프로세스에서의 다양한 스테이지를 간략화된 개략도로 나타내는 도 6A-F를 참조로 가장 잘 이해될 수 있다. 클리너(110)는 임의의 개수의 단일 기판 세정 모듈로 구성될 수 있으나, 간단한 설명을 위해 도 6A-F에서는 3개의 인접한 모듈을 도시한다. 도 6A는 3개의 단일 기판 세정 모듈: 모듈(n), 인접한 모듈(n+1, n+2)을 도시한다. 세정 시퀀스의 제1 스테이지에서, 모듈(n)은 기판(w1)을 포함하며 모듈(n+1)은 기판(w0)을 포함한다. 모듈(n) 위에 위치되는 기판 핸들러(S)는 2개의 독립적으로 이동가능한 그립핑 장치(G1, G2)를 특징으로 한다. 그립핑 장치(G1)는 기판(w2)을 보유한다. 동작의 예시적인 모드의 목적은 모듈(n)내에 기판(w1)과 기판 핸들러(S)의 그립핑 장치(G1)에 의해 보유되는 기판(w2)을 교체하는 것이다.
도 6B로 이어서, 기판 핸들러(S)는 제1 이동축을 따라 수평으로 이동하고 모듈(n) 위에 위치설정되어 그립핑 장치(G2)가 모듈(n)속으로 제2 이동축을 따라 수직으로 이동하여 제거를 위해 기판(w1)을 그립핑할 수 있다. 다음 도 6C에 도시된 것처럼 기판(w1)은 모듈(n)로부터 제거된다. 다음 기판 핸들러(S)는 다시 제1 이동축을 따라 수평으로 이동하여, 그립핑 장치(G1)는 모듈(n) 속으로 제3 이동축을 따라 수직으로 이동하여(도 6D) 처리되지 않은 기판(w2)을 위치시킬 수 있다(도 6E). 따라서, 기판 핸들러(S)는 클리너의 임의의 다른 모듈에서의 프로세스에 영향을 미치지 않고, 모듈(n)에서 기판(w1, w2)의 교체를 수행한다. 다음 기판 핸들러(S)는 다음 모듈(n+1)로 이동되어(도 6F) 이전의 모듈(n)로부터의 기판(w1)과 기판(w0)을 교체하는 등의 프로세스를 반복한다. 선택적으로, 기판 핸들러(S)는 모듈(n)내에서 기판(w1, w2)을 교체하고, 모듈(n+1)을 건너뛰고 모듈(n+2)로 이동하여, 모듈(n+2)내에서 기판(w1)을 증착하고 모듈(n+1)에는 기판(w0)을 남겨둘 수 있다.
다시 도 6A를 참조로, 본 발명의 또 다른 장점은 개별적으로 구성된 세정 모듈에 대한 적응성(adaptability)에 있다는 것을 이해할 것이다; 즉, 클리너에서 다양한 세정 모듈은 동일한 배향 또는 위치에서 기판을 지지하도록 구성될 필요는 없다. 예를 들어, 도 6A에서, 세정 모듈(n+1, n+2)은 각각의 세정 모듈(n+1, n+2)내에서의, 편차(deviation)(d)에 의해 분리된 상이한 상승부에 위치되는 기판 지지체를 특징으로 한다. 따라서, 기판 기준 포인트(R1, R2)(기판의 두께 및 폭/직경의 중심점의 교차점이 모듈에 위치되는 지점에 의해 정의됨)는 이들 각각의 세정 모듈(n+1, n+2)내에서 상이한 위치에 있다. 본 명세서에서 개시된 종래 기술의 기판 핸들러는 핸들러 및/또는 그립핑 장치의 재교정 없이는 기판을 n+1에서 n+2로 이송할 수 없어, 상당한 양의 시간을 소모시킨다. 그러나 본 발명의 기판 핸들러는, 각각의 그립핑 조립체가 이들 각각의 트랙을 따라 일정거리 범위 내에서 독립적으로 이동가능하기 때문에, 재교정없이 기판을 n+1에서 n+2로 쉽게 이송할 수 있다. 따라서, 각각의 그립핑 조립체는 물리적 조절 보다는 소프트웨어에 의해 상이한 수직 간격으로 이동하여 주어진 기판 지지체에 도달하도록 프로그램될 수 있다.
또한, 기판 그립핑 조립체의 독립성으로 인해서, 보다 효과적으로 세정 모듈을 이격시킬 수 있다. 예를 들어, 세정 모듈(n)이 대체로 동일한 크기인 모듈(n+1, n+2)보다 얇고 작다고 가정해보자. 이전의 기판 핸들러 설계는 동시적으로 제어되고 동일한 간격으로 이격된 그립핑 조립체를 특징으로 하기 때문에, 이러한 핸들러와 함께 사용되는 세정 모듈은 기판 기준 포인트(즉, R1, R2)가 동일한 수평 간격(즉, D1, D2)만큼 이격되도록 이격될 필요가 있다. 따라서, 얇은 세정 모듈(n)은 작은 크기를 보상하기 위해 모듈(n+1, n+2)을 분리시키는 간격(x2)보다 큰 간격(x1)만큼 모듈(n+1)로부터 이격될 필요가 있다. 이는 클리너의 전체 풋프린트(footprint)를 증가시킨다. 그러나 본 발명의 기판 핸들러는 독립적으로 제어가능한 그립핑 조립체를 특징으로 하기 때문에, 한번에 하나의 그립핑 장치가 세정 모듈이 진입하여 기판을 제거 또는 교체하도록 작동될 수 있는 반면, 또 다른 그립핑 장치는 작동되지 않고 또 다른 세정 모듈은 영향을 받지 않게 된다. 따라서, 기판 기준 포인트가 반드시 동일한 간격으로 이격될 필요가 없고, 각각의 세정 모듈은 서로 근접하게 이동될 수 있어서, 클리너의 전체 풋프린트를 작게 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 반도체 기판 세정 및 연마의 분야에 상당한 장점을 제공한다. 기판 핸들러는 수직으로 배향된 기판을 지지하고 이송하여, 최소의 공간을 사용하는 세정 시스템과 함께 사용될 수 있다. 또한, 핸들러는 다수의 수직 이동축을 이용할 수 있어, 다양한 기판 프로세싱 시퀀스에 대해 더 융통성이 있으며 쉽게 적용될 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시예를 설명했지만, 본 발명의 다른 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위 내에서 고안될 수 있고, 상기 본 발명의 범위는 하기의 청구항에 의해 결정된다.

Claims (27)

  1. 수직 배향된 기판을 이송시키는 기판 핸들러로서,
    제1 이동축을 따라 위치가 조절될 수 있는 캐리지 조립체 ;
    상기 캐리지 조립체에 결합되며 상기 제1 이동축에 수직하게 배향된 제2 이동축을 따라 상기 캐리지 조립체에 대해 위치가 조절될 수 있는 제1 기판 그립퍼 조립체; 및
    상기 캐리지 조립체에 결합되며 상기 제2 이동축에 평행하게 배향된 제3 이동축을 따라 상기 캐리지 조립체에 대해 위치가 조절될 수 있는 제2 기판 그립퍼 조립체;를 포함하며,
    상기 제1 기판 그립퍼 조립체가:
    제1 하부 단부 및 대향하는 제2 하부 단부를 가지는 U자 형상 블레이드;
    상기 블레이드의 제1 하부 단부에 결합하는 제1 단부 이펙터;
    상기 블레이드의 제2 하부 단부에 결합하는 제2 단부 이펙터;를 포함하고,
    상기 제1 단부 이펙터 및 제2 단부 이펙터가:
    내부 표면을 가지는 본체;
    상기 내부 표면으로부터 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장하는 제1 플랜지;
    상기 제1 플랜지에 대해 평행하게 이격되어 상기 내부 표면으로부터 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장하는 제2 플랜지;
    상기 제1 및 제2 플랜지 사이에서 상기 내부 표면으로부터 연장하는 기판 지지체로서, 제1 및 제2 플랜지에 대해 수직하며, 제1 및 제2 플랜지와 함께 얕은 U자 형상 기판 수용 포켓을 형성하는, 기판 지지체;를 포함하며,
    상기 제2 기판 그립퍼 조립체가:
    제1 하부 단부 및 대향하는 제2 하부 단부를 가지는 U자 형상 블레이드;
    상기 블레이드의 제1 하부 단부에 결합하는 제1 단부 이펙터;
    상기 블레이드의 제2 하부 단부에 결합하는 제2 단부 이펙터;를 포함하고,
    상기 제1 단부 이펙터 및 제2 단부 이펙터가:
    내부 표면을 가지는 본체;
    상기 내부 표면으로부터 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장하는 제1 플랜지;
    상기 제1 플랜지에 대해 평행하게 이격되어 상기 내부 표면으로부터 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장하는 제2 플랜지;
    상기 제1 및 제2 플랜지 사이에서 상기 내부 표면으로부터 연장하는 기판 지지체로서, 제1 및 제2 플랜지에 대해 수직하며, 제1 및 제2 플랜지와 함께 얕은 U자 형상 기판 수용 포켓을 형성하는, 기판 지지체;를 포함하며,
    상기 제2 기판 그립퍼 조립체는 상기 제1 기판 그립퍼 조립체에 대해 상기 제3 축을 따라 독립적으로 이동가능한,
    기판 핸들러.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리지 조립체는,
    상기 제1 축을 따라 연장되는 수평 트랙 ;
    상기 수평 트랙에 결합되는 캐리지 ;
    모터; 및
    상기 수평 트랙을 따라 상기 캐리지를 위치시키기 위해 상기 모터와 함께 작동하는 액추에이터;를 더 포함하는,
    기판 핸들러.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 이동축에 수직하게 연장되고, 상기 제1 및 제2 기판 그립퍼 조립체와 상기 캐리지 조립체를 결합시키는 장착 플레이트를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 기판 그립퍼 조립체는 상기 장착 플레이트 상에서 이동가능하게 배치되는,
    기판 핸들러.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기판 그립퍼 조립체 각각은,
    상기 장착 플레이트에 결합된 수직 트랙 ;
    상기 수직 트랙에 결합된 기판 그립퍼 ; 및
    상기 수직 트랙을 따라 기판 그립퍼의 위치를 조절하는 액추에이터;를 포함하며,
    상기 기판 그립퍼 각각은 상기 제2 및 제3 이동축에 수직하는 축에서 기판 그립핑 작동을 실행하는,
    기판 핸들러.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 플랜지는 상기 기판 지지체로부터 상기 제1 플랜지보다 더 크게 위로 향하는 거리 또는 상기 내부 표면으로부터 상기 제1 플랜지보다 더 크게 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 향하는 거리 중 하나 이상의 거리까지 연장되는,
    기판 핸들러.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단부 이펙터 중 하나 이상은 상기 단부 이펙터에 결합되는 광섬유 센서를 더 포함하는,
    기판 핸들러.
  10. 수직 배향된 기판 세정을 위한 반도체 기판 세정 시스템으로서,
    복수의 세정 모듈;
    상기 복수의 세정 모듈 위에 배치되는, 수직으로 위치가 조절될 수 있는 제1 기판 그립퍼 조립체; 및
    상기 복수의 세정 모듈 위에 배치되는, 수직으로 위치가 조절될 수 있는 제2 기판 그립퍼 조립체;
    상기 제1 및 제2 기판 그립퍼 조립체가 결합되는, 수평으로 위치가 조절될 수 있는 캐리지 조립체;를 포함하고,
    상기 캐리지 조립체가:
    수평 트랙;
    상기 수평 트랙에 장착되며 상기 제1 및 제2 기판 그립퍼 조립체가 결합되는 캐리지;
    상기 수평 트랙을 따라 캐리지를 위치시키도록 구성되는 액추에이터;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 기판 그립퍼 조립체가:
    상기 캐리지에 결합되는 수직 트랙;
    상기 수직 트랙 상에 장착되는 기판 그립퍼;
    상기 수직 트랙을 따라 기판 그립퍼를 위치시키기 위한 액추에이터;
    제1 하부 단부 및 대향하는 제2 하부 단부를 가지는 U자 형상 블레이드;
    상기 블레이드의 제1 하부 단부에 결합하는 제1 단부 이펙터;
    상기 블레이드의 제2 하부 단부에 결합하는 제2 단부 이펙터;를 포함하고,
    상기 제1 단부 이펙터 및 제2 단부 이펙터가:
    내부 표면을 가지는 본체;
    상기 내부 표면으로부터 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장하는 제1 플랜지;
    상기 제1 플랜지에 대해 평행하게 이격되어 상기 내부 표면으로부터 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장하는 제2 플랜지;
    상기 제1 및 제2 플랜지 사이에서 상기 내부 표면으로부터 연장하는 기판 지지체로서, 제1 및 제2 플랜지에 대해 수직하며, 제1 및 제2 플랜지와 함께 얕은 U자 형상 기판 수용 포켓을 형성하는, 기판 지지체;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 기판 그립퍼 조립체는 상기 복수의 세정 모듈 각각의 위에 선택적으로 배치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 기판 그립퍼 조립체는 서로 독립적으로 상기 복수의 세정 모듈 각각과 상호작용하도록 수직으로 이동하는,
    반도체 기판 세정 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 플랜지가 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장하는 평평한 숄더를 더 포함하는,
    기판 핸들러.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 플랜지가 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장하는 평평한 숄더를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 시스템.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 플랜지는 상기 기판 지지체로부터 상기 제1 플랜지보다 더 큰 거리로 위로 연장하며, 상기 내부 표면으로부터 상기 제1 플랜지보다 더 큰 거리로 상기 U자 형상 블레이드의 "U"자 형상의 중앙을 향해서 안쪽으로 연장되는,
    반도체 기판 세정 시스템.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단부 이펙터 중 하나 이상은, 상기 단부 이펙터에 결합하여 기판 수용 포켓에 배치된 기판을 감지하도록 구성되는 광섬유 센서를 더 포함하는,
    반도체 기판 세정 시스템.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
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